2000 Fiscal Year Annual Research Report
単結晶超合金異相界面近傍のマイクロ・メゾ構造と強化機構の解明および高機能化
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11450044
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
冨田 佳宏 神戸大学, 工学部, 教授 (10031147)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安達 泰治 神戸大学, 工学部, 助教授 (40243323)
中井 善一 神戸大学, 工学部, 教授 (90155656)
渋谷 陽二 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70206150)
屋代 如月 神戸大学, 工学部, 助手 (50311775)
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| Keywords | ニッケル基超合金 / メゾスケール組織 / 材料組織制御 / 高機能化 / シミュレーション / γ'相析出 / 均質化法 / 形態依存機械的特性 |
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| Research Abstract |
本研究では,微視構造を有する材料の高機能化,高強度化を行うべく,微視レベルの詳細な変形機構を捉え,その結果生ずる巨視的な変形挙動を明らかにするために,微視的観点に立脚したいくつかの力学手法の高精度化及び種々の変形応答を記述可能な形式への一般化を行った.ついで,これらを用いた数値シミュレーションによって微視構造を有する材料に特有の変形挙動を解明した.以下に得られた成果を示す.
(1)固有ひずみ場を用いたSubdivisions Methodの高精度化をはかり,一方向繊維強化型複合材及び短繊維強化型複合材に対して適用し,適切な繊維の配置により,必要な剛性を得ることができることを示した.
(2)ひずみ勾配依存型構成式を導入した均質化法によるシミュレーション結果から,複合材内部の強化粒子間隔が減少し,マトリクス相に大きなひずみ勾配が発生する場合,複合材の変形抵抗が増加することを確認した.これより,強化材の粒子寸法を小さく,使用環境下の力学状態に応じてマトリクス相に発生するひずみ勾配項を大きくするような粒子配置を選択することで,複合材の変形抵抗を改善可能であることを示唆している.
(3)結晶塑性理論を導入した3次元均質化モデルを構築し,有限要素シミュレーションにより,γ′相の体積含有率及びγ′/γ両相の結晶方位の違いが,巨視的な変形特性に及ぼす影響について検討を行った.その結果,γ′/γ両相の異方性弾性係数の差が小さく,γ′相体積含有率の違いが巨視的な弾性特性に与える影響は小さいこと,γ′/γ両相の空間配置に対応した結晶方位を(101)面内で変化させた場合に比して,(001)面内で変化させた場合に,粘塑性特性に大きな差異を発生させることを明らかにしている.これは,γ′相の存在に起因する不均一変形場に誘起される各すべり系でのせん断ひずみ速度が結晶方位の違いにより大きく異なるためである.
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[Publications] Yoshikazu Higa: "Computational Prediction of Mechanical Properties of Nickel-Based Superalloy with Gamma Prime Phase Precipitates"Proc.ICM8,Progress in Mechanical Behaviour of Materials. 1095-1099 (1999)
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[Publications] Xi Yuan: "Application of Asymptotic Homogenization Method for Micropolar Materials"Theoretical and Applied Mechanics. 48. 149-154 (1999)
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[Publications] 桃井義宣: "層状半導体素子の曲げ応力場におけるクラック形態の評価"エレクトロニクス実装学会誌. 3・3. 215-223 (2000)
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[Publications] Yoshihiro Tomita: "Modeling and Estimation of Deformation Behavior of Particle Reinforced Metal-Matrix Composite"Int.J.Mech.Sci.. 42・11. 2249-2260 (2000)
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[Publications] Yuan Xi: "A Homogenization Method for Analysis of Heterogeneous Cosserat Materials"Proc.AEPA2000,Advances in Engineering Plasticity,Key Engineering Materials. 177-180. 53-58 (2000)
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[Publications] Yoshihiro Tomita: "Multiscale Modeling and Estimation of Deformation Behavior of Metal-Matrix Composite"Proc.ICES2K. 1745-1750 (2000)
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[Publications] Yoshikazu Higa: "Computational Modeling of Deformation Behavior of Nickel-based Superalloy with Gamma Prime Phase Precipitates"Proc.ICES2K. 1116-1121 (2000)
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[Publications] 比嘉吉一: "粒子強化型複合材の均質化法による変形挙動のモデル化とシミュレーション"日本機械学会論文集. 66A・48. 1441-1446 (2000)
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[Publications] 屋代如月: "転位の発生および運動時の局所格子不安定に関する分子動力学的研究"日本機械学会論文集. (In press). (2001)
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[Publications] Xi Yuan: "A non-local model of materials with microstructure based on asymptotic homogenization method"MSR International. (In press). (2001)
